本发明专利技术涉及一种超低温液态空气跨季节存储装置及方法，其包括：罐体，包括内罐和外罐；所述内罐与所述外罐之间设置填充层；蒸发冷凝器，设置在所述内罐内的上部位置处，所述蒸发冷凝器的第一端与温控装置连接；引流装置，设置在所述填充层内，位于所述罐体的顶部，所述引流装置的输入端与所述蒸发冷凝器的第二端连接。本发明专利技术通过消耗内罐下部少量的液态空气冷能将内罐上部的气态空气冷凝，从而维持液态空气中氧气的比例，提高罐体安全性；同时利用填充层中的相变材料存储内罐排放的气态空气冷能，降低外界环境温度波动对罐体的影响，从而减少液态空气存储日耗散率，提高液态空气发电量。本发明专利技术可以在跨季节储能技术领域中应用。用。用。
【技术实现步骤摘要】
一种超低温液态空气跨季节存储装置及方法
[0001]本专利技术涉及一种超低温液态空气储能
，特别是关于一种超低温液态空气跨季节存储装置及方法。
技术介绍
[0002]为了应对全球气候变化，世界各国相继出台了“零碳排放”政策，其核心是大力发展可再生能源。然而，可再生能源(如风能、太阳能等)具有间歇性和波动性，导致能量供给和用户需求存在不匹配，限制了可再生能源的广泛应用。储能技术是连接能量供给和用户需求之间的桥梁，它通过存储间歇性可再生能源，根据用户需求释放稳定能源，来有效解决上述问题。
[0003]超低温液态空气储能，以液态空气作为储电介质，是一种最有潜力的大规模电网储能技术之一，具有储能密度大、常压存储、响应速度快、绿色环保等特点，近些年引起了广泛的关注。
[0004]液态空气的存储温度极低(
‑
196℃)，与自然环境(20℃)存在巨大的传热温差，导致液态空气存储过程存在明显的蒸发耗散现象，日蒸发率0.4
‑
0.8％。当跨季节存储可再生能源时，比如夏季的太阳能存储到冬天用，液态空气的发电量会降低50％以上，极大制约了液态空气跨季节存储的经济性。
[0005]此外，液态空气的各组分(N2、O2、Ar)沸点不同，存储过程中由于外界传热氮气优先蒸发出来，聚集在储罐的上部，与此同时液态空气中的氧气浓度增加，随着时间的进行，液态空气中的氧气浓度增加至23.5％以上，引起安全隐患，限制了液态空气跨季节存储的发展。
[0006]因此，有必要对液态空气储罐跨季节存储开展研究，提升液态空气存储的安全性和降低液态空气自耗散，为可再生能源的跨季节存储提供技术支持。
技术实现思路
[0007]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种超低温液态空气跨季节存储装置及方法，一方面通过消耗少量的液态空气维持储罐中液态空气中氧气的比例，提高液态空气存储安全性；另一方面，利用相变材料回收储罐排放的气态空气冷能，降低外界环境温度波动对储罐的影响，减少液态空气存储自耗散。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种超低温液态空气跨季节存储装置，其包括：罐体，包括内罐和外罐；所述内罐与所述外罐之间设置填充层；蒸发冷凝器，设置在所述内罐内的上部位置处，所述蒸发冷凝器的第一端与温控装置连接；引流装置，设置在所述填充层内，位于所述罐体的顶部，所述引流装置的输入端与所述蒸发冷凝器的第二端连接；单向阀，与所述外罐的底部连接。
[0009]进一步，所述填充层包括隔热材料层和多孔相变材料层；所述隔热材料层设置在所述内罐的外侧壁，所述多孔相变材料层设置在所述隔热材料层与所述外罐之间；所述引
流装置设置在所述多孔相变材料层内。
[0010]进一步，所述温控装置包括节流阀和压力表；所述节流阀的一端通过管路与所述蒸发冷凝器的第一端连接，所述节流阀的另一端与没入所述内罐中液态空气的管路连接；所述压力表位于所述罐体外部，所述压力表通过管路与所述内罐上部连通，用于将检测到的所述内罐中的压力传输至位于所述罐体外部的控制装置；所述控制装置根据接收到的压力信号控制所述节流阀的开闭。
[0011]进一步，所述蒸发冷凝器包括肋片、壳体、喷嘴和液态空气通道；所述肋片设置在所述壳体外侧底部，用以提高换热效率；所述液态空气通道设置在所述壳体内顶部，所述喷嘴间隔设置在所述液态空气通道上，用于喷出气液两相空气；所述液态空气通道的右侧端部作为蒸发冷凝器的第一端，所述壳体的左侧底端部作为蒸发冷凝器的第二端。
[0012]进一步，所述蒸发冷凝器包括肋片、壳体、液态空气通道、吸液芯和蒸汽内腔；所述肋片设置在所述壳体外侧底部，用以提高换热效率；所述液态空气通道设置在所述壳体顶部，在所述壳体内设置有所述蒸汽内腔，且所述蒸汽内腔与所述壳体之间设置有所述吸液芯；所述液态空气通道的右侧端部作为所述蒸发冷凝器的第一端，所述液态空气通道的左侧端部作为所述蒸发冷凝器的第二端。
[0013]进一步，所述引流装置包括引流室和分流管路；所述引流室的输入端与所述蒸发冷凝器的第二端连接；所述分流管路设置为多个，多个所述分流管路间隔设置在所述引流室的周向，分别与所述引流室周向的各输出端连接，且多个所述分流管路布置在多孔相变材料层中，从所述罐体的顶部延伸至所述罐体的底部。
[0014]进一步，所述引流装置包括引流室和顶喷结构；所述引流室的输入端与所述蒸发冷凝器的第二端连接；所述引流室的顶部设置有若干所述顶喷结构。
[0015]进一步，所述引流装置包括引流室和冷却管；所述引流室的输入端与所述蒸发冷凝器的第二端连接；所述冷却管的一端与所述引流室的输出端连接，所述冷却管的另一端缠绕在所述填充层的隔热材料层上形成螺旋结构，该另一端端部位于所述罐体的底部。
[0016]一种基于上述超低温液态空气跨季节存储装置实现的超低温液态空气跨季节存储方法，其包括：液态空气由于各组分的沸点不同，存储过程中内罐上部不断聚集富氮空气，导致罐体压力逐渐增加，同时液态空气中氧气浓度增加；当温控装置中的压力表检测到的压力值达到设定值时，节流阀打开，液态空气经过节流阀降压降温后，流向蒸发冷凝器释放冷能，将内罐上部的富氮空气冷凝回去，降低罐体压力，同时避免液态空气中氧气浓度增加；液态空气在蒸发冷凝器释放冷能后变为低温气态空气，通过引流装置将低温冷能传递给多孔相变材料层，然后由罐体底部的单向阀排出；当控装置中的压力表检测到的压力值低于设定值时，节流阀关闭。
[0017]一种基于上述超低温液态空气跨季节存储装置实现的超低温液态空气跨季节存储方法，其包括：液态空气存储过程中，一方面多孔相变材料回收存储气态空气的低温冷能，维持内罐较低的外壁温度，减少由于温差传热引起的自耗散；另一方面，多孔相变材料可以吸收白天环境热量，并在夜晚将热量释放给环境，减少外界环境温度波动引起的自耗散。
[0018]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0019]1、本专利技术通过消耗少量的液态空气将储罐上部的富氮空气冷凝下来，维持储罐中
液态空气的氧气比例，有效提高液态空气存储的安全性。
[0020]2、本专利技术利用多孔相变材料回收储罐排放的气态空气低温冷能，为储罐提供一个低温环境，大大减少温差传热，降低液态空气的自耗散。
[0021]3、本专利技术采用的多孔相变材料可以存储夜晚的冷量，消除白天环境温度对液态空气储罐的冲击，减少液态空气的自耗散。
[0022]4、本专利技术为超低温液态空气跨季节储存提供了一种安全可靠的装置及方法。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例中超低温液态空气跨季节存储装置结构示意图；
[0024]图2为本专利技术实施例中蒸发冷凝器的第一种结构示意图；
[0025]图3为本专利技术实施例中蒸发冷凝器的第二种结构示意图；
[0026]图4为本专利技术实施例中引流装置的第一种结构示意图；
[0027]图5为本专利技术实施例中引流装置的第一种结构局部示意图；
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种超低温液态空气跨季节存储装置，其特征在于，包括：罐体，包括内罐（2）和外罐（5）；所述内罐（2）与所述外罐（5）之间设置填充层；蒸发冷凝器（7），设置在所述内罐（2）内的上部位置处，所述蒸发冷凝器（7）的第一端与温控装置连接；引流装置（9），设置在所述填充层内，位于所述罐体的顶部，所述引流装置（9）的输入端与所述蒸发冷凝器（7）的第二端连接；单向阀（12），与所述外罐（5）的底部连接。2.如权利要求1所述超低温液态空气跨季节存储装置，其特征在于，所述填充层包括隔热材料层（3）和多孔相变材料层（4）；所述隔热材料层（3）设置在所述内罐（2）的外侧壁，所述多孔相变材料层（4）设置在所述隔热材料层（3）与所述外罐（5）之间；所述引流装置（9）设置在所述多孔相变材料层（4）内。3.如权利要求1所述超低温液态空气跨季节存储装置，其特征在于，所述温控装置包括节流阀（6）和压力表（11）；所述节流阀（6）的一端通过管路与所述蒸发冷凝器（7）的第一端连接，所述节流阀（6）的另一端与没入所述内罐（2）中液态空气（1）的管路连接；所述压力表（11）位于所述罐体外部，所述压力表（11）通过管路与所述内罐（2）上部连通，用于将检测到的所述内罐（2）中的压力传输至位于所述罐体外部的控制装置；所述控制装置根据接收到的压力信号控制所述节流阀（6）的开闭。4.如权利要求1所述超低温液态空气跨季节存储装置，其特征在于，所述蒸发冷凝器（7）包括肋片（701）、壳体（702）、喷嘴（703）和液态空气通道（704）；所述肋片（701）设置在所述壳体（702）外侧底部，用以提高换热效率；所述液态空气通道（704）设置在所述壳体（702）内顶部，所述喷嘴（703）间隔设置在所述液态空气通道（704）上，用于喷出气液两相空气；所述液态空气通道（704）的右侧端部作为蒸发冷凝器（7）的第一端，所述壳体（702）的左侧底端部作为蒸发冷凝器（7）的第二端。5.如权利要求1所述超低温液态空气跨季节存储装置，其特征在于，所述蒸发冷凝器（7）包括肋片（701）、壳体（702）、液态空气通道（704）、吸液芯（705）和蒸汽内腔（706）；所述肋片（701）设置在所述壳体（702）外侧底部，用以提高换热效率；所述液态空气通道（704）设置在所述壳体（702）顶部，在所述壳体（702）内设置有所述蒸汽内腔（706），且所述蒸汽内腔（706）与所述壳体（702）之间设置有所述吸液芯（705）；所述液态空气通道（704）的右侧端部作为所述蒸发冷凝器...
【专利技术属性】
技术研发人员：折晓会，尤占平，韩飞，郝长生，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：
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